一、研究背景肩袖间隙(Rotator Interval,RI)是位于肩关节前上方冈上肌(Suprapinatus,SSP)和肩胛下肌(Subscapularis,SSC)之间的三角形软组织薄弱区,该区域对盂肱关节和肱二头肌长头腱(Long Head of the Biceps Tendon,LHBT)的稳定性都起到重要的作用。RI病损是一类以肩痛、功能受影响为特点的肩关节疾病的共同病理解剖基础。在临床和基础研究中,RI越来越受到关注。RI存在两个重要的功能解剖结构:LHBT稳定结构和喙肱韧带(Coracohumeral Ligament,CHL)复合体,前者主要是发挥稳定LHBT,维持其在正常解剖位置的作用;后者发挥协调盂肱关节活动和维持关节稳定性的功能。但是这两个功能结构的精细解剖仍然不明确。另外,作为RI关节囊突出部分的肩胛下肌上隐窝(Superior Subscapularis Recess,SSR)和肩胛下滑囊(Subscapular Bursa,SSB)的关系还存在争议。分析RI功能和损伤机制、正确诊断RI病变和拟定合理治疗都是以明确的解剖认识为基础的,所以进一步研究明确RI精细解剖具有重要的临床意义。对于原发性冻结肩,RI是最主要被累及的部位。单纯依靠病史和体格检查难以鉴别原发性冻结肩和其他原因所致的相同症状的疾病,所以核磁共振(Magnetic Resonance,MR)成像对于诊断原发性冻结肩的作用越来越重要。但是RI及其相关的断层和三维解剖形态少有报道,临床医生多是根据经验来识别RI区域的细微病变。与此同时,现有的冻结肩的MR定量诊断指标也存在诸多差异。此外,MR图像上的SSR征对于冻结肩的诊断意义也存在争议。这些问题可能会导致误诊或漏诊,最终会影响制定合理的治疗方案。所以,详细分析RI的断层解剖形态和客观评估冻结肩的MR定量诊断指标和SSR征象,对于提高诊断的正确率有重要意义。三维可视化是利用三维可视化软件对数字图像中的目标结构进行图像分割和三维重建,可以呈现目标结构的三维图像和断层图像,进行多层次多角度的分析。可见RI的三维可视化对于解决前述问题具有重要的作用。相比于计算机断层扫描(Computed Tomography,CT)和MR图像,中国可视化人体(Chinese Visible Human,CVH)数据集中的原始断层图像具有层厚薄、真彩色、无形变等优势,方便进行图像分割,最后实现目标结构的三维可视化的可能性比较大。二、研究目的基于CVH数据集实现RI及其相关结构的三维可视化重建,结合此三维模型,在三个标准的平面分析RI的断层解剖形态;明确CHL复合体和LHBT稳定结构的精细化解剖,并基于此分析其功能;明确RI关节囊突出部SSR和SSB之间的关系。评估原发性冻结肩的常用MR定量诊断指标,以明确最佳的指标测量方法;分析SSB的MR影像学形态特点,总结在MR图像上确认SSB的方法。三、研究方法1.RI及其相关结构三维可视化重建技术的建立(1)在数字图像处理平台上,以踝后足的断层图像序列为研究对象,分析各种组织在CVH断层图像上的特点,建立图像分割技术。在此基础上,利用三维可视化软件Amira,尝试实现RI及其相关结构的三维可视化重建;(2)基于CVH数据集的轴位断层图像序列,利用Amira、photoshop、ACDsee软件实现原始图像序列的重采样,获取标准的斜矢状位和斜冠状位图像序列。在这三个图像序列中观察和记录RI的断层解剖形态。基于斜矢状位CVH断层图像序列重建RI三维模型,将此模型与基于轴位断层图像序列获得的RI三维模型进行配准,验证前者的准确性。2.RI重要功能结构的精细化解剖和功能定位(1)纳入3例尸体肩关节标本,在固定、冰冻、包埋后用大组织切片机切片。每例尸体肩关节标本采取两套组织切片,分别行Masson染色和HE染色。在切片的过程中,用固定好的数码相机留取组织切片对应的组织块断层图像。染色风干后将组织切片进行扫描,获取其组织切片断面图像序列。以此断面图像为基准,对组织切片图像进行配准。然后观察RI及其相关结构的大体组织学特点,最后进行三维可视化重建,获得CHL复合体的三维模型;(2)在组织切片图像上观察并记录LHBT稳定结构的组织学形态。参考此特点,在CVH斜矢状位图像序列上进行精细的图像分割和三维可视化重建。并计算8侧CVH肩的滑轮结构在内外方向上的平均长度;(3)基于CVH数据集实现SSB的三维可视化重建,阐明SSB与RI关节囊的关系,记录SSB在三个标准方位图像上的断层解剖形态特点,并在三维图像上直接测量SSB的尺寸。在8例尸体肩关节标本中解剖显露SSB,通过向1例肩标本的关节腔中注入伊红染色液以及向7例肩标本的SSB中注入伊红染色液,验证SSB是否独立的滑囊结构。3.RI精细化解剖在冻结肩MRI诊断的指导价值(1)利用三维可视化技术测量和分析8侧CVH肩的RI结构的解剖参数:CHL厚度、肩袖间隙关节囊(Rotator Interval Capsule,RIC)厚度、RI的尺寸和面积,评估各种原发性冻结肩的定量诊断指标;(2)在进行滑囊造影前后,对7例尸体肩关节标本中分别进行MR扫描成像,对比SSB的MR图像与相应的CVH断层图像的位置和形态,分析SSB的MR影像学特点。4.统计学方法实验中测量所获得的数据用均值±SD来表示。采用SPSS 15.0统计软件进行t检验或者one-way ANOVA分析,P<0.05提示结果之间差异存在统计学意义。三、研究结果1.基于踝后足的CVH断层图像成功建立了图像分割技术:骨、软骨、肌腱、肌肉的边界清楚易辨;而韧带、关节囊等组织需要根据其毗邻结构和连续观察图像序列来确认。应先分割目标区域邻近的边界清楚的结构,为进一步分割目标区域提供更充足的位置信息;CVH图像上存在不同层面的结构,在分割时应予以注意;而对于形态规则的结构可以采用插值的方法进行批量分割。2.在CVH轴位图像上,RI的相关结构多可以清楚显示。但是SSP、CHL、RIC、盂肱上韧带(Superior Glenohumeral Ligament,SGHL)等结构在轴位图像上难以识别,图像分割存在的困难。在三维重建图像上SSP前缘及RI内容物同样显示不良。3.通过自行设计的重采样技术,简单快捷的获取了标准的斜矢状位和斜冠状位图像序列。在三个标准方位的断层图像中,斜矢状位断层图像能够最佳的显示RI及其相关结构。配准结果证实基于斜矢状位断层图像序列可以更加精细准确的实现RI三维可视化重建。但是,在重采用的CVH断层图像上仍然无法确认CHL向RI区域外延伸的范围;位于RI外侧部分,参与维持LHBT于正常位置的稳定结构的边界难以确认。4.在组织切片图像上,冈下肌(Infraspinatus,ISP)和SSP的位置关系变化存在规律:在关节盂以内的组织切片上,二者并列分布;在关节盂以外的组织切片上,SSP的后缘和ISP的前缘逐渐靠近,后者逐渐叠加在前者之上。在接近止点之处二者无法分辨。最后在邻近大结节止点处,呈肌腱样排列的胶原纤维束主要位于浅层,而深层(关节侧)主要代之以相对疏松、迂曲,方向不规则的胶原纤维,这些胶原纤维直接附着于在大结节的骨质上。CHL和RIC的胶原纤维在组织切片上并不能区分。CHL从喙突发出后,在前下方覆盖在SSC表面,后上方包裹了SSP和ISP,并有部分与ISP和SSP之间的胶原纤维相联系。SGHL所在区域是由RI关节囊的关节内侧面密集分布的粗大胶原纤维所构成,与其前方的CHL之间存在可辨认的界限。重建的三维图像与基于CVH断层图像的三维模型大致相同,前者能够更加准确的显示CHL覆盖了RI区域并向后延伸至ISP和SSC的下缘。5.大体组织学观察结果显示,LHBT中的胶原纤维分布并不均匀,在不同的节段存在不同的特点。SSC附着于小结节上,其上缘的肌腱胶原向后上延伸至接近关节软骨。滑轮结构主要由来自于SGHL和CHL关节囊样韧带组织的胶原纤维所构成,呈“U”形包绕在LHBT的前、下、后缘。SGHL覆盖在SSC肌腱上缘及其后上方延伸部之上。滑轮结构下方的存在两种不同的组织,前面的来自于CHL的胶原纤维,呈倒三角形;后方的是SSC腱性组织,这两种组织之间的界限可以辨认。相应的位置的CVH断层图像上也呈现相似的特点。基于组织学观察成功实现了LHBT的稳定结构的三维可视化重建。此三维图像显示滑轮结构在轴位上呈弧形走向,与肱骨前面形状一致。在8侧CVH肩关节中,滑轮结构在内外侧方向上的全长为13.46±1.22mm。以SGHL开始附着于SSC肌腱上缘的位置为界,滑轮结构可以被分为两个部分,内侧部分为5.19±0.60 mm,外侧部分为8.28±1.34 mm,内侧部分比外侧部分的长度小(P<0.05)。6.在所有的8侧CVH肩关节中,三维重建图像显示SSB是位于肩胛骨与SSC之间唯一的滑囊。SSB形态不规则而扁平。SSB纵向最长径是13.80±5.05 mm(7.27-21.60mm),横向最宽径是7.22±3.43 mm(3.44-15.12 mm),容积是130.56±140.51mm3(25.00-393.00 mm3)。在斜矢状位断层图像上,SSB的内侧部分呈沙袋样跨在SSC上缘,在更靠内侧呈长条形。在轴位和斜冠状位图像上,SSB部分不规则形,部分呈长条形,而且在这两个方位上,可以观察SSB与关节腔之间存在的纤薄的纤维隔。在所有的7例尸体肩关节标本中,SSB与关节腔不相通。SSB仅在行滑囊造影术后的MR图像上显示,MR形态特点与其在CVH断层图像上的一致。斜矢状位MR图像可呈现SSB的特征性沙袋样结构。轴位和斜矢状位MR图像能比较好的显示SSB,而冠状位上不容易确认该滑囊。在三个方位的图像上都没有造影剂溢入关节腔中的征象。7.在8侧CVH肩关节中,CHL厚度为3.27±0.21 mm.3个不同的测量位置上,在LHBT相对应的水平测量的RIC厚度分别是4.49±0.78 mm;4.87±0.62 mm;3.79±0.59 mm;而在RIC最厚部位获得的测量值分别是2.93±0.41mm;3.36±0.54 mm;2.75±0.17mm.RI的大小分别是:高度,13.37±2.25 mm(11.01-16.68 mm);RI中间位置的宽度,14.18±2.62 mm(11-17.54 mm);底边长度,39.83±4.27 mm(35.62-49.47 mm)。RI的面积是265.20±44.34 mm2(196.09-328.23 mm2)。RI高度和宽度的差异无统计学差异。四、研究结论1.利用我们设计的图像分割技术和重采样技术能够实现RI及其相关结构的三维可视化。RI的断层解剖形态在三个平面上各具特点,斜矢状位断层图像能够最充分的显示RI细微结构。掌握这些特点有助于更好的在MR图像上辨别RI病损。2.组织学层面的图像分割能够更精确而全面的实现CHL复合体的三维可视化。在CHL复合体中,CHL与ISP、SSP、SSC关系密切,其精细解剖关系提示:复合体中任意一个结构承受的应力会传导至其他结构,从而发挥缓冲应力以及协调肩关节活动的作用。3.由关节囊样韧带组织(CHL、SGHL)组成的滑轮结构和SSC肌腱上缘共同组成了LHBT稳定结构。由于组织学特性不同,在LHBT稳定结构损伤早期,滑轮结构和SSC肌腱的交界面是最有可能发生撕脱的位置。此时,相对于简单切除或者固定LHBT,将滑轮结构复位并固定于原位可能更有意义。4.冻结肩的定量诊断指标可以用一种可操作性强和可重复性高的方法测量获取。RI区域的边界形状类似长舌状,并非传统所比拟的三角形,所以,用既往方法测量的RI面积不能全面反应RI的病变情况,其临床诊断价值需要进一步证实。5.SSB是关节盂和SSC之间区域内唯一独立的滑囊。在MR图像上,SSB和SSR容易被混淆。充分理解SSB的解剖和MR影像学特征对于避免混淆和误诊有重要意义,应该在以后的临床研究中进一步分析SSB的MR征象与冻结肩的关系。